可拉伸电子在皮肤设备、人机交互等领域前景广阔，需满足贴合复杂表面、机械坚韧、导电良好等需求。传统的聚合物薄膜存在机械强度与超薄形态矛盾、透气性差、界面阻抗高等问题。离子凝胶因多孔结构、离子导电性以及环境稳定性等优势，成为柔性电子的核心材料。但现有离子凝胶仍面临关键挑战：超薄与机械强度难以兼顾，柔软贴合与耐用性存在冲突，且制备过程通常耗时费力，难以规模化，无法满足复杂表面原位凝胶化需求。因此，如何开发出兼具高机械强度、优异贴合性，且能快速规模化制备的超薄离子凝胶，是当前柔性电子行业亟待攻克的核心难题。

  基于此，燕山大学秦志辉、焦体峰教授团队联合UCLA贺曦敏教授团队，提出了一种快速可规模化的超薄离子凝胶膜制备策略，借助离子液体（IL）诱导自组装机制，向高粘度聚乙烯醇（PVA）水溶液中引入[EMIM] [ES]，可触发PVA链自发聚集组装，形成致密非共价交联网络。该方法能实现5秒超快凝胶化，将前驱体层转化为超薄离子凝胶膜，膜厚可在13-103 μm间调控，且具备9.69 MPa的拉伸强度、35.93 MJ/m³的韧性、0.2 S/m的离子电导率及优异环境稳定性。其可在褶皱、多毛皮肤等复杂表面原位形成贴合涂层，用于制备高保真生物电极，也可作为可拉伸基底，通过3D打印构建柔性电路与多通道电极阵列。该策略适配多种亲水性IL，实现了机械性能的可定制化，为下一代柔性电子器件提供有力支撑。

  2026年2月27日，相关成果以“Rapid self-assembly of robust ultrathin ionogel films for high-performance bioelectronics”（DOI：10.1126/sciadv.aeb4391）为题发表在国际著名期刊《Science Advances》上。燕山大学环境与化学工程学院博士生李娜为文章第一作者，燕山大学秦志辉、焦体峰教授及UCLA贺曦敏教授为共同通讯作者。此研究得到国家自然科学基金和河北省自然科学基金等资助支持。

图1 高强韧超薄离子凝胶薄膜的制备。

  研究团队采用简单的刮刀涂覆—浸泡工艺，将高粘度PVA水溶液与IL接触后，PVA链在5秒内自发形成致密的非共价交联网络，进而快速转化为超薄的离子凝胶膜，厚度可在13~103 μm之间精准调控。其中，IL在体系中发挥双重关键作用：一是破坏PVA—水分子间的氢键，排出水分促进PVA链聚集；二是与PVA的羟基形成氢键，进一步强化网络结构，最终实现超快凝胶化与高机械性能的完美统一。

图2 PVA/ES离子凝胶膜的机理表征和结构分析。

综合性能：

• 机械性能卓越：拉伸强度达9.69 MPa，可拉伸至原长5.5倍，韧性35.93 MJ/m³，能承载自身重量5880倍的重物，具有良好的缺口不敏感性；

• 导电、透气性俱佳：离子电导率达0.2 S/m，可直接作为导体点亮LED灯；水蒸气透过率接近人体汗液蒸发速率，透气性优异，避免了皮肤刺激；

• 环境稳定性强：在25℃、30% 相对湿度下存放10天，重量仍保留超95%，力学性能与导电性基本无衰减；-40℃极寒环境下仍可拉伸325%，且抗紫外线、耐高低湿性能突出；

• 粘附性出众：可在褶皱皮肤、多毛皮肤等复杂表面原位成型，与猪皮的搭接剪切强度达15.56 kPa，能够与皮肤表面形成无缝贴合界面，从而大幅降低界面阻抗。

图3 PVA/ES离子凝胶膜的机械性能、导电性、自粘附性和环境稳定性。

  研究团队通过原位凝胶化，将PVA溶液涂覆于人体皮肤后浸泡[EMIM] [ES]，快速制备出超薄贴合的PVA/ES离子凝胶生物电极。该电极借助氢键和离子—偶极相互作用实现稳定皮肤贴合，生物相容性优异，24小时佩戴后皮肤无红肿过敏，小鼠皮肤接触7天后无炎症发生。其界面阻抗显著低于商用Ag/AgCl电极等，可高保真地采集肌电和心电信号。此外，还能区分不同握力及踮脚、深蹲等腿部肌肉运动，在运动过程中不易脱落，适用于长期神经肌肉监测与生理信号追踪。

图4 原位涂覆的超薄PVA/ES离子凝胶膜作为生物电极。

  PVA/ES离子凝胶膜因超薄、透明、可拉伸且机械性能稳定，成为了印刷柔性电子的理想基底。研究团队将镓铟合金（EGaIn）与PVA水溶液混合，制成适配3D打印的导电油墨，通过印刷及简单摩擦激活导电性，在凝胶膜上制备出柔性电路与电极阵列。该凝胶膜凭借表面羟基与油墨形成强氢键作用，确保电路集成稳固，且能贴合非平面表面，机械应力下仍保持电可靠性。所制电路可承受拉伸、穿刺等变形，贴肤性佳，电化学稳定性优异。此外，三通道电极阵列能精准区分手部动作及面部言语相关肌肉活动，为神经肌肉疾病诊断等临床应用提供支撑。

图5 基于PVA/ES离子凝胶膜的定制柔性和可拉伸集成电路和电极阵列。

  IL诱导自组装策略具有普适性，适用于室温下呈液态且高亲水性的离子液体。研究团队通过五种额外的离子液体验证，均能快速将PVA溶液转化为超薄离子凝胶膜，且膜的机械性能可灵活调控，在生物电极、柔性基底等领域具有良好的应用潜力。

图6 IL诱导自组装策略对多种亲水性离子液体的普适性。

  原文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.aeb4391